Maailmankaikkeuden atomeista 90 % on vetyä, atomeista yksinkertaisinta ja keveintä, joka yleisimmässä muodossaan koostuu yhdestä elektronista ja yhdestä protonista. Vedyn palaessa, ja vety siis reagoi hapen kanssa, muodostuu palamistuotteena vettä.
Vety on normaalilämpötilassa ja -paineessa kaksiatominen kaasu, hajuton, väritön ja mauton sekä erittäin helposti syttyvä. Siitä saatiin todiste toukokuussa 1937, kun sensaatiomainen, vetykäyttöinen, 245-metrinen Hindenburg-ilmalaiva räjähti kameroiden edessä ja 36 henkilöä menehtyi. Tapahtuma lopetti yhdellä iskulla tuolloin kaasukäyttöisiin ilmalaivoihin liittyneen hypetyksen.
Vedyn potentiaali polttoaineena ja energiankuljettajana on tunnettu jo pitkään mutta vaikeuksia on tähän saakka pidetty liian suurina. Kiinnostuksen herääminen uudelleen liittyy siihen, että vety voi auttaa vähentämään kasvihuonepäästöjä.
Esimerkiksi kun polttokennoon tuodaan polttoaineeksi vetykaasua, tapahtuu vetykaasun (H2) ja hapen (O2) reaktio, jossa kemiallinen energia muuttuu sähköenergiaksi ja sivutuotteena syntyy vettä (H2O). Vetykäyttöisiin polttokennoihin perustuvat autot ovat siis käytössä päästöttömiä.
Toinen vedyn käyttökohde on energiaintensiivinen terästeollisuus, jossa ns. pelkistysprosessi – jossa rautamalmi jakautuu raudaksi ja hapeksi – voi tapahtua vetyä käyttämällä sen sijaan, että käytettäisiin tuhatvuotista menetelmää eli hiiltä ja koksia masuuneissa, mikä aiheuttaa isoja kasvihuonekaasupäästöjä.
Vetykaasun valmistaminen on kova pähkinä purtavaksi. Veden elektrolyysi on ympäristöystävällinen menetelmä, mutta vaatii suuret määrät sähköä. 30–40 % energiasisällöstä menetetään lämpönä prosessin aikana.
Seuraavana haasteena on vedyn varastointi.
Jos vety sitten muutetaan jälleen sähköksi, esimerkiksi polttokennoilla varustettuun ajoneuvoon, menetetään taas 30–40 % energiasta. Laskelmat vaihtelevat hieman, mutta hyötysuhde on viime kädessä vain vajaat 30 %.
Tämänhetkisessä vetyhypetyksessä ajatellaan, ettei näillä energiahäviöillä ole merkitystä, kunhan vain sähköä saadaan todella halvalla.
Käytännössä silloin viitataan tuulivoimaan, koska vain sitä voidaan tuottaa – ainakin jotenkin – halvalla isossa mittakaavassa. Yhtäältä yhä suurempien ja tehokkaampien tuulivoimaloiden aiheuttaman kustannuspaineen vuoksi, toisaalta koska suurimittakaavaiselle tuulivoimalle on yhä tilaa sekä merellä että harvaan asutuilla seuduilla Pohjoismaissa.
Johtavat poliitikot ovat vakuuttuneita, että vety on oikea ratkaisu.
EU esimerkiksi esitteli laajan vetystrategian kesällä 2020: fossiiliset polttoaineet korvataan vuodesta 2030 lähtien vetykaasulla alueilla, joilla on vaikea löytää muita vaihtoehtoja. Pakettiin kuuluu massiivinen tuki vetykaasuhankkeille.
Suomessa on odotettavissa vastaavaa päätellen työ- ja elinkeinoministeri Mika Lintilän puheista, kun hän hiljattain esitteli hallituksen tulevaa ilmasto- ja energiastrategiaa.
”Suomen on pidettävä huoli, ettei maa putoa kelkasta vetytalouden uusissa investoinneissa”, hän sanoi tiivistelmän mukaan ja katsoi, että Suomeen on luotava kansallinen vetystrategia. Hän kuvasi tuuli- ja ydinvoimaa kasvaviksi energia-aloiksi:
”Meillä on tuulivoimassa jo nyt meneillään valtavan merkittäviä hankkeita. Kyseessä lienee noin 20 megatonnin hankkeet [vastaa 20 miljoonan hiilidioksiditonnin päästövähennystä]. Voi sanoa, että Pohjanlahden perukasta on tulossa jonkinlainen Persianlahti sillä tuulivoimamäärällä, joka sinne nyt on tulossa.”
Mika Lintilä on myös ehdottanut putken rakentamista, Suomen ja Ruotsin yhteistyönä, vedyn siirtämiseksi Saksaan.
Ruotsissa ei vain poliitikot, vaan myös raskaan teollisuuden edustajat, ovat lähteneet mukaan tämän vuosituhannen suurimpaan tekniikkamurrokseen, kuten sitä kutsutaan, nimittäin Ruotsin kaivos- ja terästeollisuuden saamiseksi päästöttömiksi.
Ruotsalainen teräs aiotaan jatkossa valmistaa yllä kuvaillulla tekniikalla. Valttikorttina pidetään Pohjois-Ruotsin tuulivoiman valtavaa laajentumista, minkä ajatellaan takaavan tarvittavan halvan sähkön saatavuuden.
Esimerkiksi valtionyritykset LKAB (malminlouhinta) ja Vattenfall (energia) yhdessä SSAB:n (teräs), jossa siinäkin valtio on yhtenä omistajana, ovat esitelleet Hybrit-hankkeen, jonka tavoitteena on myydä fossiilitonta sähköä laajamittaisesti vuodesta 2026 lähtien.
Uusi kilpailijayritys H2 Green Steel julkisti vuoden alussa aikovansa rakentaa fossiilisen tuotannon terästehtaan Bodeniin niin, että tuote olisi valmis jo v. 2024.
Tarvittavista sähkömääristä saa käsityksen siitä, että Hybrit-tekniikka vaatii SSAB:n tarpeisiin 15 TWh sähköä vuodessa ja LKAB:n muu muutos noin 45 TWh. Vertailun vuoksi, Suomen vuosikulutus oli viime vuonna 81 TWh.
60 TWh vastaa kuuden suuren ydinvoimalan tai noin 3 000 nykyaikaisimman ja suurimman tuulivoimalan vuosituotantoa. Sillä että tuulivoimasähköä voi tuottaa vain tuulisella säällä, ei ole teoriassa mitään merkitystä, jos sähköllä tuotettu vety voidaan varastoida.
Pohdittavaksi jää, miten hyvin todellisuus täsmää visioiden kanssa.
Esimerkiksi johtoverkkoa on laajennettava erittäin voimakkaasti, jotta se pystyy huolehtimaan sähköntuotannon valtavasta lisäyksestä. Ruotsissa uuden korkeajännitejohdon toteutusajat ovat 10–15 vuotta.
Svenska kraftnätin ajankohtainen 400 kV:n johtohanke Ekhyddanin ja Hemsjön välillä vaatii esim. 600 ympäristölupaa ja sen päälle kaikki muut luvat. Vaikka yhteisneuvottelut ovat jatkuneet vuodesta 2014 ja hallitus on puuttunut peliin jouduttaakseen lupakäsittelyä, käyttöönoton ennustetaan nyt tapahtuvan aikaisintaan v. 2027.
SSAB-analyysin mukaan positiivisena seikkana on teräksen valmistuksen energiatehokkuuden muutos parempaan suuntaan valokaariuunissa verrattuna masuuniprosessiin.
Mutta selviääkö teräs tiukoista laatuvaatimuksista? Haastatellut insinöörit varoittavat, että vanadiinin ja titaanin kaltaiset epäpuhtaudet voivat jäädä massaan, kun rautamalmi sulatetaan valokaariuunissa, ja että ilmassa oleva typpi voi lisäksi saastuttaa sulan metallin.
Toisena haasteena on, voidaanko Hybritin vetykaasuvarasto – jota suunnitellaan maan alle Luulajaan – rakentaa tarpeeksi tiiviiksi. Vetymolekyyliä on pienen kokonsa takia äärimmäisen vaikea sulkea mihinkään tilaan.
Ja voidaanko todella rakentaa laitoksia, jotka pystyvät käymään jatkuvasti ja häiriöittä pitkiä aikoja? Se on välttämätöntä mm. elektrolyysissä.
Ja ratkaiseva kysymys: voiko tämä uusi prosessi todella olla kustannustehokas?
Kun suunnitelmana on, että sähköstä tulee vetyä, joka sitten muutetaan takaisin sähköksi, hyötysuhde on vajaat 30 %. Näin ollen 1 000 suunnitellusta uudesta tuulivoimalasta yli 700 voimalan tuottama sähkö katoaa prosessissa.
Tulos on positiivisempi, jos vedyntuotannossa syntyvä hukkalämpö pystytään ottamaan talteen. Se edellyttää, että elektrolyysilaitokset rakennetaan sellaisten kaupunkien yhteyteen, joissa tarvitaan paljon kaukolämpöä, joka on manner-Euroopassa harvinainen käsite.
Kun yhtälö siirretään Euroopan tasolle, tulevan sähköntarpeen luvut yli kymmenkertaistuvat. Mutta monilla mailla on jo nyt suuria ongelmia selvitä energiahuollostaan, mikä näkyy tämän syksyn äärimmäisen korkeina sähkönhintoina.
EU:n vetykaasuvisio esittää osaratkaisuna, että etenkin Pohjois-Afrikka sopisi hyvin uusiutuvan sähkön laajamittaiseen tuotantoon ja vientiin Eurooppaan. Saksa on jo ehtinyt solmia sopimuksen tulevasta vedyntuonnista Marokosta.
Samuele Furfari on vetyasiantuntija, toimii geopolitiikan ja energian yliopistoprofessorina Brysselissä ja on aiemmin työskennellyt EU-komission palveluksessa 36 vuotta. Hän kuvaa EU:n näkemystä ekokolonialismiksi. ”On absurdia, shokeeraavaa ja eettisesti kestämätöntä”, että Afrikan köyhät ja sähköhuolloltaan kehittymättömät maat alkaisivat tuottaa uusiutuvaa sähköä rikkaalle Euroopalle, hän katsoo.
Furfari kehottaa EU-poliitikkoja katsomaan peiliin. Jäsenvaltiot käyttivät vuosina 2000–2018 yli 1 000 miljardia euroa uusiutuvan energian, etenkin tuulen ja auringon, tukiin. Mutta European Scientist -lehdessä esitetyn tilaston mukaan nämä kaksi energiamuotoa tuottivat vielä v. 2018 vain 2,5 % Euroopan primäärienergiasta.
Vedyn hypetykselle on siis aivan aluksi saatava vastapariksi kestävät liiketoimintasuunnitelmat. Niissä on ennen kaikkea onnistuttava pitämään vedyn valmistus- ja käyttöprosessin hyötysuhde hyvänä.
